一种钇铈复合强韧化弹簧钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钇铈复合强韧化弹簧钢及其制备方法。本发明专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C 0.45～0.55％，Si 0.2～0.5％，Mn 0.7～0.9％，Cr 0.9～1.1％，V 0.1～0.2％，Ni 0.01～0.03％，Al 0.01～0.03％，Ca 0.005～0.02％，S≤50ppm，P≤0.025％，O≤50ppm，Y 0.001～0.01％，Ce 0.01～0.02％和余量的铁，且Y+Ce≤0.02％。本发明专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢抗拉强度超过1600MPa，室温纵向冲击功大于25J(Aku5)，断面收缩率超过40％，横纵冲击功差异的绝对值小于35％。

【技术实现步骤摘要】
一种钇铈复合强韧化弹簧钢及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，特别涉及一种钇铈复合强韧化弹簧钢及其制备方法。
技术介绍
弹簧钢是机械设备中不可缺少的基础零件制造材料，广泛应用于汽车、铁路和飞机等交通运输工具、工程机械等行业。弹簧钢性能的优劣直接影响到工农业机械设备和国防工业设备的安全与使用寿命。近年来，随着国内铁路运行速度的持续提高，汽车轻量化进程的推进，对弹簧钢的强韧性提出了更高的要求，以进一步满足弹簧零部件的高应力、长寿命以及轻质量的设计要求。弹簧钢的强度与韧性主要取决于材料的表面质量、外部载荷以及材料的内部缺陷(夹杂物、白点和孔洞)等。而诸多研究表明，非金属夹杂物是弹簧钢产生断裂的主要原因之一，它的尺寸、分布以及种类等特征参数均对强韧性能产生重要影响。稀土(RE)元素在金属材料中的应用与研究已有近百年的历史。RE的除杂、夹杂物改性和细化晶粒等有大量报道，由于稀土元素化学性质活泼，极易与钢液中的O、S等作用生成RE2O3、RE2S3、REOS等稳定的稀土化合物，因此，具备深度脱O、脱S的作用。近些年来，以La与Ce为主的轻稀土元素在钢中应用较多，尤其是特殊钢与结构钢，主要原因在于该类稀土元素化学性质活泼，易与钢中的O、S反应而生产复合夹杂物，起到除杂的作用。而由于重稀土元素与轻稀土元素相比活性较低，与O、S结合能力较弱，导致其强韧化能力较差，因此通过重稀土元素强韧化的结构钢的强韧性相对较差，应用较少，并且现有的稀土强韧化结构钢的冲击韧性具有较大的各向异性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钇铈复合强韧化弹簧钢及其制备方法。本专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢具有较高的强度和韧性，且各方向的冲击韧性值差异较小。本专利技术提供了一种钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C0.45～0.55％，Si0.2～0.5％，Mn0.7～0.9％，Cr0.9～1.1％，V0.1～0.2％，Ni0.01～0.03％，Al0.01～0.03％，Ca0.005～0.02％，S≤50ppm，P≤0.025％，O≤50ppm，Y0.001～0.01％，Ce0.01～0.02％和余量的铁，且Y+Ce≤0.02％。优选的，所述钇铈复合强韧化弹簧钢包括C0.48～0.52％，Si0.3～0.4％，Mn0.75～0.85％，Cr0.95～1.05％，V0.14～0.18％，Ni0.015～0.025％，Al0.015～0.025％，Ca0.01～0.015％，S≤30ppm，P≤0.02％，O≤30ppm，Y0.002～0.005％，Ce0.011～0.015％和余量的铁。优选的，所述钇铈复合强韧化弹簧钢的组织包括基体和分布于基体上的稀土复合夹杂物，所述基体为回火屈氏体和少量残余奥氏体。优选的，所述稀土复合夹杂物呈弥散分布，所述稀土复合夹杂物的粒径为1～10μm，所述复合夹杂物占总夹杂物数量的70％以上。本专利技术还提供了上述钇铈复合强韧化弹簧钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后浇铸，得到铸态合金；所述熔炼依次包括转炉熔炼、炉外精炼和真空脱气；所述炉外精炼过程中加入稀土原料；(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金进行连续热轧，得到轧态合金；(3)将所述步骤(2)得到的轧态合金进行热处理，得到钇铈复合强韧化弹簧钢。优选的，所述步骤(1)中炉外精炼包括：在软吹氩处理条件下，向转炉熔炼得到的合金熔体中依次喂入部分稀土原料、钙线和剩余稀土原料。优选的，所述步骤(2)中的连续热轧包括粗轧和精轧；所述粗轧的开轧温度为1000～1050℃；所述粗轧的总变形量为60％以上；所述精轧的开轧温度为850～950℃；所述精轧的总变形量为20％以上。优选的，所述步骤(3)中的热处理依次包括淬火和中温回火；所述淬火的温度为830～880℃；所述中温回火的温度为350～500℃；所述中温回火的时间为40～60min；所述中温回火的冷却方式为空冷。本专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C0.45～0.55％，Si0.2～0.5％，Mn0.7～0.9％，Cr0.9～1.1％，V0.1～0.2％，Ni0.01～0.03％，Al0.01～0.03％，Ca0.005～0.02％，S≤50ppm，P≤0.025％，O≤50ppm，Y0.001～0.01％，Ce0.01～0.02％和余量的铁，且Y+Ce≤0.02％。本专利技术通过控制C、Si、Cr、V和Ni几种合金元素的含量在一定范围内，提高强度和韧性，同时以钇(Y)和铈(Ce)复合添加作为稀土合金元素，通过控制二者的含量范围以及总含量，与特定含量的O、S、P、Ca、Al和Mn元素配合作用，在钢基体中形成个位微米级稀土复合夹杂物，发挥第二相的作用，改善其综合性能。实验结果表明，本专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢抗拉强度超过1600MPa，室温纵向(平行于轧向)冲击功(Aku5)大于25J，断面收缩率超过40％，横纵冲击功差异的绝对值小于35％。附图说明图1为本专利技术实施例1中弹簧钢的扫描组织照片；图2为本专利技术对比例1中弹簧钢的扫描组织照片；图3为本专利技术实施例1中弹簧钢的室温纵向冲击断口照片；图4为本专利技术实施例1中弹簧钢的室温纵向冲击断口夹杂物(图3A点)能谱；图5为本专利技术对比例1中弹簧钢的室温纵向冲击断口照片；图6为本专利技术对比例2中弹簧钢的室温纵向冲击断口照片。具体实施方式本专利技术提供了一种钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C0.45～0.55％，Si0.2～0.5％，Mn0.7～0.9％，Cr0.9～1.1％，V0.1～0.2％，Ni0.01～0.03％，Al0.01～0.03％，Ca0.005～0.02％，S≤50ppm，P≤0.025％，O≤50ppm，Y0.001～0.01％，Ce0.01～0.02％和余量的铁，且Y+Ce≤0.02％。本专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C0.45～0.55％，优选为0.48～0.52％，更优选为0.5％。在本专利技术中，所述C是保证弹簧钢淬透性和强度所必需的成分，能够与Cr和V形成第二相粒子，发挥第二相强化的作用；进一步的，在弹簧钢进行热处理时，C能确保淬火过程中形成马氏体，为回火组织做准备。如果C含量过低，影响马氏体的亚结构，第二相析出，从而降低强度，恶化韧性，如果C含量过高，会使得沿晶界析出的碳化物含量增多而恶化韧性。本专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括Si0.2～0.5％，优选为0.3～0.4％，最优选为0.35％。在本专利技术中，所述Si主要作用固溶强化作用，含量过低，对回火组织中的基体强化不明显，如果含量过高，则有利于促进铁素体的形成，使得强度下降，韧性降低；除此，Si的添加有利于C的扩散，使得Cr、V的第二相粒子顺利析出。本专利技术提供的钇铈复合强韧化弹簧钢还包括Mn0.7～0.9％，优选为0.75～0.85％，更优为0.8％。在本专利技术中，所述Mn是提高奥氏体淬透性元素，含量太低，不能确保弹簧钢经淬火后，能获得完全马氏体，从而影响后续回火过程中回火屈氏体的形成；除此之外，Mn易与钢中的S形成MnS夹杂，因此Mn的含量不易过高，太高易形成长条状有害夹杂，而且使得钢中的S与RE的结合几率降低，难以促使个位微米级REOx本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C 0.45～0.55％，Si 0.2～0.5％，Mn 0.7～0.9％，Cr 0.9～1.1％，V 0.1～0.2％，Ni 0.01～0.03％，Al 0.01～0.03％，Ca 0.005～0.02％，S≤50ppm，P≤0.025％，O≤50ppm，Y 0.001～0.01％，Ce 0.01～0.02％和余量的铁，且Y+Ce≤0.02％。

【技术特征摘要】
1.一种钇铈复合强韧化弹簧钢，按质量含量计，包括C0.45～0.55％，Si0.2～0.5％，Mn0.7～0.9％，Cr0.9～1.1％，V0.1～0.2％，Ni0.01～0.03％，Al0.01～0.03％，Ca0.005～0.02％，S≤50ppm，P≤0.025％，O≤50ppm，Y0.001～0.01％，Ce0.01～0.02％和余量的铁，且Y+Ce≤0.02％。2.根据权利要求1所述的钇铈复合强韧化弹簧钢，其特征在于，包括C0.48～0.52％，Si0.3～0.4％，Mn0.75～0.85％，Cr0.95～1.05％，V0.14～0.18％，Ni0.015～0.025％，Al0.015～0.025％，Ca0.01～0.015％，S≤30ppm，P≤0.02％，O≤30ppm，Y0.002～0.005％，Ce0.011～0.015％和余量的铁。3.根据权利要求1或2所述的钇铈复合强韧化弹簧钢，其特征在于，所述钇铈复合强韧化弹簧钢的组织包括基体和分布于基体上的稀土复合夹杂物，所述基体为回火屈氏体和少量残余奥氏体。4.根据权利要求3所述的钇铈复合强韧化弹簧钢，其特征在于，所述稀土复合夹杂物呈弥散分布，所述稀土复合夹杂物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志刚，赖朝彬，杨清，朱福生，齐亮，叶洁云，罗迪强，刘欣，蔡西纳，
申请(专利权)人：江西理工大学，龙南龙钇重稀土科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36